(57)【要約】【課題】上部が溶融はんだの液面から突出し、下部が液面中に没している仕切板だけを設置した従来の噴流はんだ槽は、酸化物がノズル側からポンプ側へ移動するのを阻止できたが、鉛フリーはんだよりも比重が大きいCuSnの金属間化合物はノズル側からポンプ側に移動し、それがプリント基板に付着するという問題があった。【解決手段】本発明の噴流はんだ槽は、上部が溶融はんだの液面から突出し、下部が液面中に没している仕切板と、上部が液面中に没している堰板を設置してある。鉛フリーはんだよりも比重の小さな酸化物は仕切板で位相が阻止され、比重が鉛フリーはんだよりも少し大きい金属間化合物は、仕切板で流れが下方に向けられて溶融はんだの下部に沈み、下部に沈んだ金属間化合物は堰板でポンプ側への移動が阻止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内に噴流ポンプと噴流ノズルが設置された噴流はんだ槽において、本体はベース板により上室と下室に分けられており、該ベース板に噴流ノズルと噴流ポンプが設置されていて、しかも上室はノズル側とポンプ側が上部を溶融はんだ中に没した堰板で分離されており、さらに該堰板に隣接したノズル側には上部を液面から突出させるとともに下部を液面下に没するようにさせた仕切板が設置されていることを特徴とする噴流はんだ槽。
【請求項２】
前記上室のノズル側下部にはドレインが設置されていることを特徴とする請求項１記載の噴流はんだ槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板のはんだ付けを行う噴流はんだ槽、特に鉛フリーはんだを用いてはんだ付けするのに適した噴流はんだ槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板のはんだ付け方法としては、プリント基板を溶融したはんだに接触させてはんだ付けする浸漬法がある。この浸漬法は、はんだ付け装置に設置されたフラクサーでプリント基板にフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、噴流はんだ槽で溶融はんだの付着、冷却装置で冷却、等の処理を行ってはんだ付けを行う。はんだ付け装置に設置された噴流はんだ槽には、溶融はんだが入れられており、該溶融はんだを噴流させてプリント基板に接触させるための噴流ポンプが設置されている。噴流ポンプは、ポンプ、軸、スプロケット、モーター等から構成されており、軸の下部にポンプが固定され、軸の上部にスプロケットが固定されている。そしてスプロケットは本体の外部に置かれたモーターのスプロケットとベルトで連動している。
【０００３】
噴流はんだ槽における噴流ポンプの稼働は、モーターを回転させて、モーターの回転がモーターのスプロケットから軸のスプロケットに連動することによりポンプを回転させる。このポンプの回転によりポンプ近傍にある溶融はんだがポンプに吸い込まれるとともにポンプの圧力で噴流ノズルから噴流するものである。
【０００４】
ところで従来、プリント基板のはんだ付けに用いられていたはんだは、SnとPbからなるPb入りはんだであった。このPb入りはんだを用いた電子機器が古くなって使い勝手が悪くなったり、故障したりした場合、多くは機能アップや修理をすることなく廃棄処分されていた。電子機器に用いられている材料のうちケースのプラスチックや、ディスプレーのガラス、フレームの金属等は回収して再使用されているが、プリント基板ははんだが金属的に付着していて、はんだとプリント基板を完全に分離できないことから再使用ができず、やむなく埋め立て処分となっていた。この埋め立て処分されたプリント基板に酸性雨が接触すると、はんだ中のPb成分が溶出し、Pb成分を含んだ酸性雨が地下水に混入する。そしてPb成分を含んだ地下水を人間や家畜が長年月にわたって飲用すると、鉛中毒を起こすことが懸念され、世界的規模でPbの使用が規制されるようになってきた。そこでPb入りはんだに代わってPbを全く含まない鉛フリーはんだが出現し、現在多くの分野で使用されている。
【０００５】
鉛フリーはんだとは、Snを主成分にして、これにAg、Cu、Bi、In、Zn、Cr、Fe、Ni、Co、P等を適宜添加したものである。今日、電子機器業界で多く使用されている鉛フリーはんだは、Sn-3.5Ag（融点：210℃）、Sn-0.7Cu(融点：220℃)、Sn-3Ag-0.5Cu（融点：217℃）である。これらの鉛フリーはんだを噴流はんだ槽で使用する場合、溶融はんだの温度は約240℃以上という高温となる。
【０００６】
ところで噴流はんだ槽では、はんだが酸化した酸化物の発生が多い。この理由は、はんだが高温で溶融しており、しかも溶融したはんだが噴流ノズルから噴流し、噴流した溶融はんだが溶融はんだの液面に落下して溶融はんだを攪拌する等、常に清浄な金属が空気に触れるからである。この酸化物は、比重が溶融はんだよりも小さく溶融はんだの液面上に浮いているが、噴流ノズルで発生した酸化物が噴流ポンプを設置した方に移動すると、ポンプ軸の回転に巻き込まれて溶融はんだとともにポンプに吸引される。そしてポンプに吸引された酸化物は、やはり溶融はんだとともに噴流ノズルから噴流してプリント基板に付着する。酸化物がプリント基板に付着すると、酸化物が大きい場合は隣接したはんだ付け部間で短絡や絶縁抵抗の低下となってしまうばかりでなく、外観を悪くして商品価値を下げてしまう。
【０００７】
従来のPb入りはんだ（63Sn-Pbはんだ：融点が183℃）を噴流はんだ槽で使用する場合、当然酸化するが、はんだ付け時の溶融はんだの温度は約220℃であり、しかも酸化しやすいSnの含有量も少ないため、酸化物の発生量は、それ程多いものではない。しかしながら、前述鉛フリーはんだを噴流はんだ槽に入れて噴流させた場合、鉛フリーはんだは融点が高いことから噴流はんだ槽中の溶融はんだの温度もはんだ付け時に250℃以上というSn-Pbはんだよりも高温にしているためPb入りはんだに較べて酸化物の発生が非常に多い。しかも鉛フリーはんだは、酸化しやすいSnが90質量％以上も含有されていることから、さらに酸化物の発生が多いものである。
【０００８】
従来より噴流はんだ槽で発生した酸化物を噴流ノズルが設置された方から噴流ポンプが設置された方に移動するのを防止する手段は多数提案されていた（特許文献１〜３）。この酸化物移動防止する手段とは、仕切板である。該仕切板は、噴流ノズルが設置された方から噴流ポンプが設置された方の間に、上部が溶融はんだの液面より突出し、下部が溶融はんだの液面下に没しているものである。仕切板を設置した噴流はんだ槽では、噴流ノズルで発生した酸化物が溶融はんだの液面で浮遊し、噴流ノズルが設置された方から噴流ポンプが設置された方に移動しようとしても、溶融はんだの液面に設置された仕切板で酸化物の移動が妨げられる。
【特許文献１】実開昭55-171473号公報
【特許文献２】実開昭58-76375号公報
【特許文献１】実開平6-66863号公報
【０００９】
また噴流はんだ槽でプリント基板を大量にはんだ付けすると、プリント基板の銅箔が噴流はんだ槽の溶融はんだ中に少しずつ溶け込んでSnとCuからなる針状の金属間化合物が発生してしまう。この金属間化合物が噴流はんだ槽の溶融はんだ中に大量に発生すると、針状の金属間化合物がプリント基板の隣接したはんだ付け部間に跨って付着し、短絡を起こすようになる。金属間化合物が発生するのは、溶融はんだがプリント基板の銅箔に付着したときに、はんだ中のSnと銅箔のCuとが合金化し、Cuの合金部分の融点が下がるためCuが溶融はんだ中に溶け込む。そして溶融はんだ中のCuの溶解量が多くなると、CuSnの金属間化合物として析出してくるものである。つまりはんだ中のSnの含有量が多いほど、そして溶融はんだの温度が高いほど、プリント基板からはんだ中へのCuの溶解量が多くなる。従って、Sn主成分で溶融温度を高くした鉛フリーはんだでは、溶融はんだ中に溶け込むCuの量が多くなり、その結果、大量の金属間化合物が発生して短絡のような不良を発生させてしまうのである。
【００１０】
CuSnの金属間化合物は、Pb入りはんだよりも比重が小さいためPb入りはんだを使用した噴流はんだ槽では、溶融はんだの表面に浮遊しているが、前述鉛フリーはんだよりも比重が大きいため鉛フリーはんだを使用した噴流はんだ槽では、溶融はんだの下方に沈んだ状態となっている。従って、金属間化合物は仕切板では噴流ノズルが設置された方から噴流ポンプが設置された方への移動を阻止することができず、噴流ポンプに吸い込まれて噴流ノズルから噴流し、プリント基板に付着していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、噴流はんだ槽では、酸化物や金属間化合物が発生することは、やむを得ないことである。しかしながら噴流はんだ槽で鉛フリーはんだを使用すると、酸化物の発生が多いばかりでなく、金属間化合物の発生も多く、しかも金属間化合物は鉛フリーはんだよりも比重が大きいため、溶融はんだの下方に沈んでしまい、それを除去することが困難であった。つまり前述仕切板は酸化物を噴流ノズルが設置された方から噴流ポンプが設置された方へ流動するのを阻止することはできるが、金属間化合物が移動するのを阻止することはできなかった。本発明は、酸化物と金属間化合物を噴流ノズルが設置された方から噴流ポンプが設置された方へ移動するのを阻止して、はんだ付け部に付着させないという噴流はんだ槽を提供することにある。
【００１２】
なお酸化物は、溶融はんだが噴流ノズルから噴流して攪拌されるため噴流ノズル近辺で多く発生し、また金属間化合物はプリント基板が噴流ノズルから噴流する溶融はんだに接触したときに銅箔が溶融はんだ中に溶け込んでやはり噴流ノズル近辺で発生する。つまり酸化物や金属間化合物が噴流ノズルの方から噴流ポンプの方へ移動して、溶融はんだとともに噴流ポンプに吸い込まれ、それらが噴流ノズルから噴流してプリント基板に付着することが問題となっている。以後、これらの移動についての記述が多くなるため、便宜上噴流ノズルを設置した方をノズル側、噴流ポンプを設置した方をポンプ側という。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、はんだよりも比重の軽い酸化物と比重の重い金属間化合物が混在したときに、これらの移動を同時に阻止することについて鋭意検討を加えて本発明を完成させた。
【００１４】
本発明は、本体内に噴流ポンプと噴流ノズルが設置された噴流はんだ槽において、本体はベース板により上室と下室に分けられており、該ベース板に噴流ノズルと噴流ポンプが設置されていて、しかも上室はノズル側とポンプ側が上部を溶融はんだ中に没した堰板で分離されており、さらに該堰板に隣接したノズル側には上部を液面から突出させるとともに下部を液面下に没するようにさせた仕切板が設置されていることを特徴とする噴流はんだ槽である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の噴流はんだ槽は、ポンプ側とノズル側間に、上部が溶融はんだの液面上に突出し、下部が液面中に没した仕切板と、上部が溶融はんだの液面下にあり、下部が本体のベース板から立設している堰板を設置してあるため、該仕切板が酸化物をノズル側からポンプ側へ移動するのを阻し、また堰板と仕切板との組み合わが金属間化合物を溶融はんだの下方に向けるとともにやはりノズル側からポンプ側に移動するのを阻止する。つまり本発明の噴流はんだ槽は、酸化物や金属間化合物が噴流ポンプに吸い込まれることがないため、プリント基板に付着しないという信頼性に優れたはんだ付けが行えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
噴流はんだ槽では、溶融はんだがノズル側からポンプ側へ流れるため、酸化物や金属間化合物も溶融はんだの流れに乗って溶融はんだがノズル側からポンプ側へ流れる。ところが本発明の噴流はんだ槽は、ノズル側とポンプ側間に仕切板と堰板を設置したため、酸化物は仕切板で移動が阻止され、金属間化合物は仕切板と堰板で流れが阻止される。そこで仕切板近傍で酸化物が大量に溜まったならば網や柄杓で掬い取り、掬い取った酸化物等は所定の廃棄用缶に捨てる。
【００１７】
一方、噴流はんだ槽で鉛フリーはんだを使用して発生した金属間化合物は、比重が鉛フリーはんだよりも少し大きいため、対流のない状態では溶融はんだの下部に溜まる。しかしながら噴流はんだ槽のように、たえず対流が起こっているようなところでは、このままでは溶融はんだの下方に沈まない。つまり噴流ノズルで発生した金属間化合物は、溶融はんだの流れに乗って、堰板の上を越えてしまう。ところが本発明では、堰板の手前に仕切板を設けてあるため、該仕切板で金属間化合物が強制的に下方に移動させられる。つまり金属間化合部は、仕切板による下方への移動と比重が重いこととが相まって溶融はんだの下方に沈むようになる。このように溶融はんだの下部に溜まった金属間化合物は、網や柄杓で掬い取ることができない。そこで金属間化合物が沈んでいるところの本体にドレインを取り付けておくとよい。つまり大量のプリント基板のはんだ付けを行い、溶融はんだの下部に金属間化合物が溜まったならば、ドレインを開けて溶融金属とともに金属間化合物を槽外に流出させるようにする。
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の噴流はんだ槽を説明する。図１は本発明噴流はんだ槽であり、図３のA-A線断面斜視図、図２は発明噴流はんだ槽であり、図３の図３のA-A線断面図、図３は本発明噴流はんだ槽の平面図である。
【００１９】
噴流はんだ槽１の本体２は、上部が開放された箱状である。本体２の内部には、溶融はんだ３が入れられており、図示しない電熱ヒーターで所定の溶融温度に保たれている。また本体２は、横方に張られたベース板４で上室５と下室６に分けられており、上室５には噴流ポンプ７と噴流ノズル８が設置されている。
【００２０】
上室５のポンプ側９とノズル側１０の間には、堰板１１と仕切板１２が設置されている。堰板１１は、ポンプ側９とノズル側１０間を横切るようにしてベース板４上に立設されるとともに相対向する本体の側壁１３、１４間で固定されている。堰板１１は上部が溶融はんだ３の液面よりも没しており、溶融はんだは該堰板の上部を通過しなければノズル側１０からポンプ側９へは流動できないようになっている。
【００２１】
そして該堰板に隣接してノズル側１０には仕切板１２が設置されている。仕切板１２は、上部が溶融はんだ３の液面よりも上方に突出しており、下部が溶融はんだ３の液面下に没している。従って、溶融はんだは３は、ノズル側１０からポンプ側９への流動に際して、仕切板１２の上を通過することができず、仕切板の下部から流動、即ち溶融はんだの液面は移動せず液面下が流動するようになっている。仕切板１２は、両端に係合片１５、１５が形成されており、該係合片が相対向する壁面１３、１４に係合することにより着脱自在に設置されている。
【００２２】
噴流ポンプ７は、シリンダー１６、圧力ポンプ１７、軸１８、軸用スプロケット１９、ベルト２０、モーター２１、モーター用スプロケット２２から構成されている。シリンダー１６は、円筒状の穴が穿設されたブロックであり、ベース板４上に設置されている。シリンダー１６の穴の中には圧力ポンプ１７が配置されており、該圧力ポンプには軸１８が固定されている。軸１８の上部には軸用スプロケット１９が取り付けられていて、ベルト２０を介してモーター２１のスプロケット２２と連動している。モーター２１は、断面L字型のブラケット２３に取り付けられており、該ブラケットはシリンダー１６に固定された複数本の脚柱２４・・・に取り付けられている。
【００２３】
噴流ノズル８は、荒れた波を噴流する一次噴流ノズル２５と穏やかな波を噴流する二次噴流ノズル２６である。下室６は、一次噴流ノズル２５と二次噴流ノズル２６間を図示しない隔壁で分けられている。従って、一次噴流ノズル２５の噴流ポンプが稼働すると噴流ポンプで圧送された溶融はんだは一次噴流ノズルから噴流し、二次噴流ノズル２６の噴流ポンプが稼働すると噴流ポンプで圧送された溶融はんだは二次噴流ノズルから噴流するようになっている。しかしながら、上室は一次噴流ノズルと二次噴流ノズルが分けられていないため、それぞれの噴流ノズルから噴流後の溶融はんだは上室では混ざり合っている。
【００２４】
上室５の最下部でベース板４の上部となるところの本体の壁面２７には、ドレイン２８が取り付けられている。
【００２５】
ここで上記構成からなる本発明の噴流はんだ槽の稼働状態について説明する。モーター２１を駆動させると、モーターの回転がモーターのスプロケット２２、ベルト２０、軸用スプロケット１９、軸１８から圧力ポンプ１７を回転させる。すると圧力ポンプ１７の回転で上室５にあるポンプ側９の溶融はんだ３が圧力ポンプ１７に吸い込まれて、下室６内の溶融はんだに圧力をかける。この圧力により下室６内の溶融はんだを押し上げて噴流ノズル８から噴流する。
【００２６】
図示しないプリント基板が、やはり図示しない搬送装置で搬送され、先ず一次噴流ノズル２３から噴流する荒れた波に接触してプリント基板のはんだ付け部にはんだが付着する。一次噴流ノズルはスルーホールやチップ部品の隅部に侵入して未はんだが発生しないようにするものであるが、波が荒れているためツララやブリッジ等の不良を発生させてしまう。そこで次にプリント基板を二次噴流ノズルから噴流する穏やかな波に接触させてツララ、ブリッジ等のはんだ付け不良を修正する。
【００２７】
噴流ノズル８から噴流する溶融はんだは、常に清浄状態であるため、空気と接触すると酸化して酸化物Ｓとなり、噴流ノズル近辺では大量の酸化物が発生する。この酸化物Ｓは溶融はんだよりも比重が小さいため、溶融はんだ３の液面上に浮遊している。また噴流はんだ槽では、プリント基板から溶け出したCuがはんだ中のSnと合金化して金属間化合物Kを生成し、溶融はんだの下部に沈む。噴流はんだ槽では、噴流ノズルから噴流した溶融はんだがポンプ側に流れ噴流ポンプに吸い込まれて再度噴流ノズルから噴流するという循環が行われているため、ノズル側で発生した酸化物や金属間化合物もノズル側からポンプ側に流動し、それが噴流ポンプに吸い込まれる。しかしながら本発明の噴流はんだ槽では、ポンプ側９とノズル側１０間に堰板１１と仕切板１２を設置してあるため、溶融はんだ３の液面を浮遊する比重の小さな酸化物Sは仕切板１２で流動が阻止され、溶融はんだの下部に沈んだ比重の大きい金属間化合物Kは堰板１１で流動が阻止される。従って、本発明の噴流はんだ槽は、酸化物や金属間化合物が非常に少ない状態の溶融はんだをポンプ側９に流入させるようになり、プリント基板のはんだ付けを行った場合、はんだ付け部には酸化物や金属間化合物の付着が極めて少ないものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の噴流はんだ槽は、鉛フリーはんだを用いたときに優れた効果を奏するものであるが、Pb入りはんだを用いても酸化物や金属間化合物の付着を防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明噴流はんだ槽であり、図３のA-A線断面斜視図である。
【図２】発明噴流はんだ槽であり、図３のA-A線断面図である。
【図３】本発明噴流はんだ槽の平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  噴流はんだ槽
２  本体
３  溶融はんだ
４  ベース板
５  上室
６  下室
７  噴流ポンプ
８  噴流ノズル
９  ポンプ側
１０  ノズル側
１１  堰板
１２  仕切板
S  酸化物
K  金属間化合物
【図１】
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【図２】
2005353719.tif 000004
【図３】
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